KR20180018076A - 가변형 메타물질 기반 흡광장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

가변형 메타물질 기반 흡광장치 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20180018076A
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윤관호
김민경
소순애
노준석
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포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 일 측면에 따르면, 가변형 메타물질 기반 흡광장치에 있어서, 기판, 상기 기판의 상부에 형성되는 절연층, 상기 절연층의 상부에 형성되는 전극, 상기 전극의 상부에 형성되는 기능층, 및 상기 기판 및 상기 기능층에 연결되고, 가변 전압을 제공하는 전압장치를 포함하고, 상기 기능층은 나노 크기로 형성되는 복수의 음각 구조체를 포함하는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제공한다.

Description

가변형 메타물질 기반 흡광장치 및 이의 제조방법{TUNABLE MEETAMATERIAL BASED ABSORBER AND METHOD FOR MANUFACTURING THESAME}
본 발명은 가변형 메타물질 기반 흡광장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 나노 구조를 갖는 기능층을 포함하는 가변형 메타물질 기반 흡광장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 전자제품은 필수적인 생활수단이 되었다고 볼 수 있다. 그러나, 이러한 전자제품으로부터 발생하는 전자파는 인체에 좋지 않은 영향을 끼치기 때문에, 전자제품을 사용하는 데에 가장 큰 문제점으로 지적되고 있다. 따라서, 이러한 전자파를 차단하기 위한 연구들이 활발히 진행되고 있다.
전자파를 차단하기 위해서는, 전자파가 반사되지 않도록 유입된 전자파를 흡수하는 방법을 사용할 수 있다. 이 때, 진동수와 입사각에 관계없이 입사하는 모든 파장을 흡수할 수 있는 이상적인 물체를 완전 흡수체(perfect absorber)라고 한다.
완전 흡수체는 광(전자파)을 완전히 흡수할 수 있는 흑체(black body)와 같은 의미로써, 다양한 분야에서 쓰이고 있다. 예컨대, 광검출기(Photodetector), 스텔스(stealth) 전투기, 전자파차단 스티커 등에서 쓰일 수 있다.
광검출기는 광의 세기를 검출하여 전기 신호를 발생하는 장치이고, 스텔스 전투기는 동체의 표면을 코팅하여 레이더의 반사를 감사시켜 은폐기술로 쓰이는 전투기이며, 전자파차단 스티커는 휴대전화 등의 제품을 사용하는 동안 전자파의 영향을 적게 받게 하기 위하여 제품에 붙이는 스티커이다.
그러나, 기존의 완전흡수체는 금속 패턴의 형상에 따라 흡수 특성이 변화하여 동작 영역의 가변이 불가한 문제점이 있다.
또한, 가변이 가능한 완전흡수체는 온도변화를 이용하여 흡수 특성이 변화하여 적외선 영역에서만 작동하였고, 전압에 따른 작동 영역 변경보다 제어가 정교하지 않다는 문제점이 있다.
특허문헌 1: 한국등록특허 제10-1570749호 (2015.11.16. 등록)
본 발명은 가시광선 영역에서 작동이 가능한 가변형 메타물질 기반 흡광장치 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 메타 물질을 이용한 가변형 메타물질 기반 흡광장치 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 흡광 효율을 향상시키는 가변형 메타물질 기반 흡광장치 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 가변형 메타물질 기반 흡광장치에 있어서,기판; 상기 기판의 상부에 형성되는 절연층; 상기 절연층의 상부에 형성되는 전극; 상기 전극의 상부에 형성되는 기능층; 및 상기 기판 및 상기 기능층에 연결되고, 가변 전압을 제공하는 전압장치를 포함하고, 상기 기능층은 나노 크기로 형성되는 복수의 음각 구조체를 포함하는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 복수의 음각 구조체는 미리 결정된 간격으로 연속하여 배열되는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 기판은 금속으로 이루어진 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 금속은 은을 포함하는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 절연층은 산화물로 이루어진 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 전극은 ITO를 포함하는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 기능층은 금속을 포함하는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 금속은 은을 포함하는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 절연층의 두께는 20nm, 또는 15nm 내지 25nm 이고, 상기 전극의 두께는 15nm, 또는 10nm 내지 20nm 이고, 상기 기능층의 두께는 20nm, 또는 15nm 내지 25nm 인 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 복수의 음각 구조체는 사각형의 단면 형상을 갖는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 복수의 음각 구조체는 각각 한 변이 60nm 내지 90nm인 정사각형 형태이고, 서로 인접한 음각 구조체의 중심 사이의 간격은 150nm 내지 230nm 인 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 제조방법은, 기판을 형성하는 단계; 상기 기판의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층의 상부에 전극을 형성하는 단계; 상기 전극의 상부에 기능층을 형성하는 단계; 상기 기능층에 나노 크기로 형성되는 복수의 음각 구조체를 형성하는 단계; 및 상기 기판 및 상기 기능층에 연결되고, 가변 전압을 제공하는 전압장치를 형성하는 단계를 포함하는, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 복수의 음각 구조체는 미리 결정된 간격으로 연속하여 배열되는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 기판은 금속으로 이루어진 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 금속은 은을 포함하는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 절연층은 산화물로 이루어진 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 전극은 ITO로 이루어진 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 기능층은 금속으로 이루어진 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 금속은 은을 포함하는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 절연층의 두께는 20nm, 또는 15nm 내지 25nm 이고, 상기 전극의 두께는 15nm, 또는 10nm 내지 20nm 이고, 상기 기능층의 두께는 20nm, 또는 15nm 내지 25nm 인 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 복수의 음각 구조체는 사각형의 단면 형상을 갖는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 복수의 음각 구조체는 각각 한 변이 60nm 내지 90nm인 정사각형 형태이고, 서로 인접한 음각 구조체의 중심 사이의 간격은 150nm 내지 230nm 인 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치에 있어서, 기판; 상기 기판의 상부에 형성되는 절연층; 상기 절연층의 상부에 형성되는 전극; 상기 전극의 상부에 형성되는 기능층; 및 상기 기판 및 상기 기능층에 연결되고, 가변 전압을 제공하는 전압장치를 포함하고, 상기 기능층은 나노 크기로 형성되는 그물 구조를 가지며, 상기 전압장치의 인가 전압의 변화에 따라, 상기 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 흡수 파장 영역이 변경되는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치에 의하면 가시광선 영역에서 작동이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면 흡수 스펙트럼의 가변 범위를 크게 증가시키는 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 메타 물질을 이용하여 소형화된 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 기존의 완전흡수체의 응용분야 뿐만 아니라, 트랜지스터와 같은 장치로써 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 측면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 측면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 평면도이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 측면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 평면도이다.
도 6은 제1 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 측면도이고, 도 2는 제1 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 측면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치(10)는, 하측에 형성되는 기판(110)과 기판(110)의 상부에 제공되는 절연층(120)과 절연층(120)의 상부에 형성되는 전극(130)과 전극(130)의 상부에 제공되는 기능층(140) 및 기판(110)과 기능층(140)에 연결되는 전압장치(150)가 포함될 수 있다.
본 실시예에서, 메타물질(Metamaterial)은 전기적 요소와 자기적 요소가 모두 포함된 새로운 인공소재로서 다양한 특징이 있다. 일반적으로 알려진 메타물질의 특성 중 하나가 전자파 흡수에 용이하다는 것이다. 본 실시예에서는 기능층(140)이 메타물질을 이용하여 이루어진 것을 예로 들어 설명할 수 있다.
도 1을 참조하면, 전기회로가 편성되어 있는 기판(110)은 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 가장 하부에 형성될 수 있다. 이 때, 기판(110)은 다양한 금속(metal)으로 형성될 수 있으나, 기판(110)은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 은이 사용될 수 있고, 알루미늄(Al), 금(Au), 크롬(Cr) 등이 사용될 수도 있다.
기판(110)의 상부에는 절연층(120)이 형성될 수 있다. 절연층(120)은 비도전성 재료로 형성가능하며, 기능층(140)과 기판(110) 사이에 공간을 확보하는 캐비티(cavity)로서 역할을 할 수 있다. 절연층(120)은 산화물(Oxide)로 형성될 수 있으며, 예컨대 산화알루미늄(Al2O3)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
절연층(120)의 상부에는 전극(130)이 형성될 수 있다. 예컨대, 전극(130)은 투명전극인 ITO(Indium Tin Oxide)가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. ITO는 전기 전도성이 좋으며, 정전기 방지 효과도 가질 수 있다.
전극(130)의 상부에는 기능층(Functional Layer, 140)이 형성될 수 있다. 기능층(140)은 기판(110)과 같은 금속으로 이루어질 수 있으며, 예컨대, 은일 수 있고, 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 등이 사용될 수도 있다. 기능층(140)은 나노 크기로 형성되는 복수의 음각 구조체를 포함할 수 있다. 이 때, 음각 구조체는 사각형의 단면 형상을 갖는 것일 수 있으며, 이와 관련된 자세한 내용은 후술하겠다.
절연층(120)과 전극(130) 및 기능층(140)은 일정한 두께로 형성될 수 있다. 이 때, 절연층(120)의 두께는 20nm, 또는 15nm 내지 25nm이하의 두께를 가질 수 있으나, 절연층(120)의 두께는 이에 한정되지 않는다. 이 때, 절연층(120)의 두께가 달라지면 흡수 스펙트럼이 달라질 수 있다.
전극(130)의 두께는 절연층(120)의 두께보다 얇을 수 있다. 이 때, 전극(130)의 두께는 15nm, 또는 10nm 내지 20nm이하의 두께를 가질 수 있으며, 전극(130)의 두께는 이에 한정되지 않는다.
기능층(140)의 두께는 절연층(120)의 두께와 같을 수 있다. 이 때, 기능층(140)의 두께는 20nm, 또는 15nm 내지 25nm이하의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 절연층(120)의 두께는 이에 한정되지 않는다.
도 2를 참조하면, 가변형 메타물질 기반 흡광장치(10)의 가장 상부에 있는 기능층(140)에는 그물 구조(141)가 형성될 수 있다. 그물 구조는, 나노 크기로 형성되는 복수의 음각 구조체가 일정한 배열로 형성된 것으로, 메타표면(metasurface)일 수 있다. 메타표면은 나노 크기의 구멍이 규칙적으로 배열된 금속 표면이다. 이 때, 음각 구조체가 형성되는 방법은, 반도체 소자에서 사용되는 음각 기법이 사용될 수 있다. 따라서, 기능층(140)의 그물 구조(141)를 가시광선에 맞게 적절히 디자인하고 제작함으로써, 가시광선 영역에서 작동 가능할 수 있다.
가변형 메타물질 기반 흡광장치(10)은 가장 하부에 있는 기판(110)과 가변형 메타물질 기반 흡광장치(10)의 상부에 있는 기능층(140)에 전압장치(150)가 연결될 수 있다. 가변형 메타물질 기반 흡광장치(10)는 전압장치(150)의 인가 전압의 변화에 따라, 흡수 파장 영역이 변경될 수 있다. 따라서, 가변형 메타물질 기반 흡광장치(10)는 전압장치(150)의 인가 전압에 따라서 완전 흡수체가 될 수 있으며, 완전 흡수체는 흡수되는 정도가 100%인 물체를 말할 수 있다. 기능층(140)에서 그물 구조(141)가 형성되지 않은 부분에 전압장치(150)가 연결되어 전압이 조절될 수 있다. 전압장치(150)를 통해 인가 전압이 변화할 때, 전극(130), 예컨대, ITO의 굴절률 변화를 이용함으로써 흡수 스펙트럼의 가변 범위를 크게 증가시킬 수 있다. 종래의 흡광장치는 온도 변화 또는 물리적 변화를 통하여 흡수 파장(absorbing wavelength)을 변화시켰으며, 흡수 스펙트럼의 가변 범위는 5~10nm에 불과하였다. 그러나, 본 발명에서의 가변형 메타물질 기반 흡광장치(10)는 인가 전압의 변화에 따라 흡수 파장이 변화될 수 있으며, 가변 범위는 기존의 약 10배인 100nm이상일 수 있다.
도 3을 참조하면, 그물 구조(141)의 음각 구조체는 흡수 파장에 따라 다양한 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 흡수 파장이 800nm일 경우, 음각 구조체는 한 변이 90nm인 정사각형 형태일 수 있다. 이 때, 음각 구조체의 중심과, 인접한음각 구조체의 중심 사이의 간격은 230nm일 수 있다. 또한, 흡수 파장이 700nm일 경우, 음각 구조체는 한 변이 80nm일 수 있으며, 음각 구조체의 중심끼리의 간격은 185nm일 수 있다. 그러나, 음각 구조체의 크기는 이에 한정되지 않으며, 음각 구조체의 중심 간의 간격도 이에 한정되지 않는다.
이하에서는 도 6을 참조하여, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치(10)의 기능 및 효과, 가변형 메타물질 기반 흡광장치(10)의 제조 방법에 대하여 설명하겠다.
도 6은 제1 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
가변형 메타물질 기반 흡광장치(10)는 가장 하부에 기판(110)이 형성될 수 있다(S610). 이 때의 기판(110)은 금속일 수 있으며, 예컨대, 기판(110)은 은일 수 있다.
기판(110)의 상부에는 일정한 두께로 절연층(120)이 형성될 수 있다(S620). 이 때, 절연층(120)은 산화물일 수 있으며, 예컨대, 절연층(120)은 산화알루미늄일 수 있다. 또한, 절연층(120)은 20nm, 또는 15nm 내지 25nm이하의 두께를 가질 수 있으나, 절연층(120)의 두께는 이에 한정되지 않는다. 이 때, 절연층(120)의 두께가 달라지면 흡수 스펙트럼이 달라질 수 있다.
절연층(120)의 상부에는 일정한 두께로 전극(130)이 형성될 수 있다(S630). 이 때, 전극(130)은 ITO 투명전극일 수 있으며, 전극(130)은 15nm, 또는 10nm 내지 20nm이하의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 전극(130)의 두께는 이에 한정되지 않는다.
전극(130)의 상부에는 일정한 두께로 기능층(140)이 형성될 수 있다(S640). 이 때, 기능층(140)은 기판(110)과 같은 금속 소재의 메타표면일 수 있다. 예컨대, 은으로 형성된 메타표면일 수 있다. 기능층(140)은 20nm, 또는 15nm 내지 25nm이하의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 기능층(140)의 두께는 이에 한정되지 않는다.
기능층(140)에는 복수의 음각 구조체가 일정한 배열로 형성된 그물 구조(141)가 형성될 수 있다(S650). 음각 구조체는 나노 크기로 형성되고, 흡수 파장에 따라 다양한 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 흡수 파장이 800nm일 경우, 음각 구조체는 한 변이 90nm인 정사각형 형태일 수 있다. 이 때, 음각 구조체의 중심과, 인접한 음각 구조체의 중심 사이의 간격은 230nm일 수 있다. 또한, 흡수 파장이 700nm일 경우, 음각 구조체는 한 변이 80nm일 수 있으며, 음각 구조체의 중심끼리의 간격은 185nm일 수 있다. 그러나, 음각 구조체의 크기는 이에 한정되지 않으며, 음각 구조체의 중심 간의 간격도 이에 한정되지 않는다.
가변형 메타물질 기반 흡광장치(10)에는 전압장치(150)가 연결될 수 있다(S660). 가변형 메타물질 기반 흡광장치(10)는 전압장치(150)에 의하여 인가 전압이 변화되는데, 이러한 전압장치(150)는 기판(110)과 기능층(140)에 연결될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치(10) 및 이의 제조 방법에 의하면, 기능층(140)의 그물 구조(141)를 가시광선에 맞게 디자인하고 제작하여, 가시광선 영역에서 작동이 가능한 효과가 있다.
또한, 전압에 따른 전극(130)의 굴절률 변화를 이용하여 흡수 스펙트럼의 가변 범위를 크게 증가시키는 가변형 메타물질 기반 흡광장치일 수 있다.
또한, 나노 크기의 메타 물질을 이용하여 소형화된 가변형 메타물질 기반 흡광장치를 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존의 완전흡수체의 응용분야뿐만 아니라, 트랜지스터와 같은 장치로써 사용할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 다만, 제2 실시예는 제1 실시예와 비교하여 기능층에 양각 기법을 사용하여 패치 구조가 형성되는 점에서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제1 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 4는 제2 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 측면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 평면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치(20)는, 기판(210)이 형성되고, 기판(210)의 상부에 절연층(220)이 형성되며, 절연층(220)의 상부에 전극(230)이 형성되고, 전극(230)의 상부에 기능층(240)이 형성될 수 있다.
가변형 메타물질 기반 흡광장치(20)의 가장 하부에 형성된 기판(210)은 금속일 수 있다. 예컨대, 알루미늄일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
가변형 메타물질 기반 흡광장치(20)의 가장 상부에 형성된 기능층(240)은 기판(210)과 같은 금속으로 형성될 수 있으나, 각각 다른 금속으로 형성될 수도 있다. 예컨대, 기판(210)이 알루미늄으로 형성될 때, 기능층(240)은 은일 수 있다.
기능층(240)에는 패치 구조(241)가 형성될 수 있는데, 이러한 패치 구조(241)는 나노 크기로 형성되는 복수의 양각 구조체(241a, 241b)이 포함될 수 있다. 양각 구조체(241a, 241b)은 반도체 기술에서 사용되는 양각 기법이 사용될 수 있으나, 양각 구조체(241a, 241b)의 형성 방법은 이에 한정되지 않는다.
양각 구조체(241)은 제1 양각 구조체(241a) 및 제1 양각 구조체(241a)과 크기가 상이한 제2 양각 구조체(241b)로 구분될 수 있다. 이 때, 제1 양각 구조체(241a)은 정사각형 단면을 가질 수 있고, 제2 양각 구조체(241b)은 직사각형 단면을 가질 수 있다. 이러한 양각 구조체(241a, 241b)로 인하여 가변형 메타물질 기반 흡광장치(20)가 가시광선 영역에서 작동 가능할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 양각 구조체(241a)은 흡수 파장에 따라 다양한 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 흡수 파장이 800nm일 경우, 제1 양각 구조체(241a)은 한 변이 90nm인 정사각형 형태일 수 있다. 이 때, 제1 양각 구조체(241a)의 중심과, 인접한 제1 양각 구조체(241a)의 중심 사이의 간격은 230nm일 수 있다. 또한, 흡수 파장이 700nm일 경우, 제1 양각 구조체(241a)은 한 변이 80nm일 수 있으며, 제1 양각 구조체(241a)의 중심끼리의 간격은 185nm일 수 있다. 그러나, 제1 양각 구조체(241a)의 크기는 이에 한정되지 않으며, 제1 양각 구조체(241a)의 중심 간의 간격도 이에 한정되지 않는다. 또한, 제2 양각 구조체(241b)의 두께는 1500nm 또는 1000nm 내지 2000nm일 수 있으나, 제2 양각 구조체(241b)의 두께는 이에 한정되지 않는다.
전압장치(250)는 기판(210)과 기능층(240)에 연결될 수 있다. 이 때, 기능층(240)의 제2 양각 구조체(241b)에 연결될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이하에서는 도 7을 참조하여, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치(20)의 제조 방법에 대하여 설명하겠다.
도 7은 제2 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치(20)는 가장 하부에 기판(210)이 형성될 수 있다(S710). 이 때의 기판(210)은 금속일 수 있으며, 예컨대, 알루미늄일 수 있다.
기판(210)의 상부에는 일정한 두께로 절연층(220)이 형성될 수 있다(S720). 이 때, 절연층(220)은 산화물일 수 있으며, 예컨대, 절연층(220)은 산화알루미늄일 수 있다. 또한, 절연층(220)은 20nm, 또는 15nm 내지 25nm이하의 두께를 가질 수 있으나, 절연층(220)의 두께는 이에 한정되지 않는다. 이 때, 절연층(220)의 두께가 달라지면 흡수 스펙트럼이 달라질 수 있다.
절연층(220)의 상부에는 일정한 두께로 전극(230)이 형성될 수 있다(S730). 이 때, 전극(230)은 ITO 투명전극일 수 있으며, 전극(230)은 15nm, 또는 10nm 내지 20nm이하의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 전극(230)의 두께는 이에 한정되지 않는다.
전극(230)의 상부에는 일정한 두께로 기능층(240)이 형성될 수 있다(S740). 이 때, 기능층(240)은 기판(210)과 다른 금속 소재의 메타표면일 수 있다. 예컨대, 은으로 형성된 메타표면일 수 있다. 기능층(240)은 15nm, 또는 10nm 내지 20nm이하의 두께를 가질 수 있으며, 절연층(220)과 같은 두께를 가질 수 있다. 그러나, 기능층(240)의 두께는 이에 한정되지 않는다.
기능층(240)에는 복수의 양각 구조체가 형성될 수 있다(S750). 양각 구조체(241)은 제1 양각 구조체(241a) 및 제1 양각 구조체(241a)과 크기가 상이한 제2 양각 구조체(241b)로 구분될 수 있다. 이 때, 제1 양각 구조체(241a)은 정사각형 단면을 가질 수 있고, 제2 양각 구조체(241b)은 직사각형 단면을 가질 수 있다. 제1 양각 구조체(241a)는 흡수 파장에 따라 다양한 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 흡수 파장이 1000nm일 경우, 제1 양각 구조체(241a)는 는 한 변이 125nm인 정사각형 형태일 수 있다. 이 때, 제1 양각 구조체(241a)는 의 중심과, 인접한 제1 양각 구조체(241a)는 의 중심 사이의 간격은 425nm일 수 있다. 또한, 흡수 파장이 900nm일 경우, 제1 양각 구조체(241a)는 는 한 변이 105nm일 수 있으며, 제1 양각 구조체(241a)는 의 중심끼리의 간격은 400nm일 수 있다. 그러나, 제1 양각 구조체(241a)는 의 크기는 이에 한정되지 않으며, 제1 양각 구조체(241a)는 의 중심 간의 간격도 이에 한정되지 않는다. 또한, 제2 양각 구조체(241b)는 가로 방향의 길이가 제1 양각 구조체(241a) 한 변의 길이의 약 2배일 수 있으며, 세로 방향의 길이가 1500nm 또는 1000nm 내지 2000nm일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
가변형 메타물질 기반 흡광장치(20)에는 전압장치(250)가 연결될 수 있다(S670). 가변형 메타물질 기반 흡광장치(20)의 인가 전압을 변화시키기 위해 전압장치(250)가 연결되는데, 이러한 전압장치(250)는 기판(210)과 기능층(240)에 연결될 수 있다. 이 때, 기능층(240)의 제2 양각 구조체(241b)에 연결될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 가변형 메타물질 기반 흡광장치 및 이의 제조 방법을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합, 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
10, 20: 가변형 메타물질 기반 흡광장치
110, 210: 기판 120, 220: 절연층
130, 230: 전극 140, 240: 기능층
141: 그물 구조 241: 패치 구조
241a: 제1 양각 구조체 241b: 제2 양각 구조체
150, 250: 전압장치

Claims (23)

  1. 가변형 메타물질 기반 흡광장치에 있어서,
    기판;
    상기 기판의 상부에 형성되는 절연층;
    상기 절연층의 상부에 형성되는 전극;
    상기 전극의 상부에 형성되는 기능층; 및
    상기 기판 및 상기 기능층에 연결되고, 가변 전압을 제공하는 전압장치
    를 포함하고,
    상기 기능층은 나노 크기로 형성되는 복수의 음각 구조체를 포함하는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 음각 구조체는 미리 결정된 간격으로 연속하여 배열되는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판은 금속으로 이루어진 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 금속은 은을 포함하는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치.
  5. 제1항 있어서, 상기 절연층은 산화물로 이루어진 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치.
  6. 제1항 있어서, 상기 전극은 ITO를 포함하는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기능층은 금속을 포함하는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치.
  8. 제7항 있어서, 상기 금속은 은을 포함하는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치.
  9. 제1항 있어서, 상기 절연층의 두께는 20nm, 또는 15nm 내지 25nm 이고, 상기 전극의 두께는 15nm, 또는 10nm 내지 20nm 이고, 상기 기능층의 두께는 20nm, 또는 15nm 내지 25nm 인 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 복수의 음각 구조체는 사각형의 단면 형상을 갖는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 음각 구조체는 각각 한 변이 60nm 내지 90nm인 정사각형 형태이고, 서로 인접한 음각 구조체의 중심 사이의 간격은 150nm 내지 230nm 인 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치.
  12. 기판을 형성하는 단계;
    상기 기판의 상부에 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층의 상부에 전극을 형성하는 단계;
    상기 전극의 상부에 기능층을 형성하는 단계;
    상기 기능층에 나노 크기로 형성되는 복수의 음각 구조체를 형성하는 단계; 및
    상기 기판 및 상기 기능층에 연결되고, 가변 전압을 제공하는 전압장치를 형성하는 단계
    를 포함하는, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수의 음각 구조체는 미리 결정된 간격으로 연속하여 배열되는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 기판은 금속으로 이루어진 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 금속은 은을 포함하는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법.
  16. 제12항 있어서, 상기 절연층은 산화물로 이루어진 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법.
  17. 제12항 있어서, 상기 전극은 ITO로 이루어진 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 기능층은 금속으로 이루어진 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 금속은 은을 포함하는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법.
  20. 제12항 있어서, 상기 절연층의 두께는 20nm, 또는 15nm 내지 25nm 이고, 상기 전극의 두께는 15nm, 또는 10nm 내지 20nm 이고, 상기 기능층의 두께는 20nm, 또는 15nm 내지 25nm 인 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법.
  21. 제12항에 있어서, 상기 복수의 음각 구조체는 사각형의 단면 형상을 갖는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 복수의 음각 구조체는 각각 한 변이 60nm 내지 90nm인 정사각형 형태이고, 서로 인접한 음각 구조체의 중심 사이의 간격은 150nm 내지 230nm 인 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치 제조방법.
  23. 가변형 메타물질 기반 흡광장치에 있어서,
    기판;
    상기 기판의 상부에 형성되는 절연층;
    상기 절연층의 상부에 형성되는 전극;
    상기 전극의 상부에 형성되는 기능층; 및
    상기 기판 및 상기 기능층에 연결되고, 가변 전압을 제공하는 전압장치
    를 포함하고,
    상기 기능층은 나노 크기로 형성되는 그물 구조를 가지며, 상기 전압장치의 인가 전압의 변화에 따라, 상기 가변형 메타물질 기반 흡광장치의 흡수 파장 영역이 변경되는 것인, 가변형 메타물질 기반 흡광장치.
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